PL108145B1 - Sposob otrzymywania stopow glinowo-krzemowych,zwlamethod of obtaining silicon-aluminium alloys,speciszcza sposob karbotechnicznej produkcji aluminium ally method of carbotechnical production of aluminium - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 30.10.1980 108145 Int. C1.2 C22C 1/02 CZYTELNIA Urzedu PutawtowaQO Twórca wynalazku Uprawniony z patentu: Aluminium Company of America, Pitteiburgh (Stany Zjednoczone Ameryki) Sposób otrzymywania stopów glinowo-krzemowych, zwlaszcza sposób karbotechnicznej produkcji aluminium Przedmiotem! wynalazku jest sposób otrzymy¬ wania stopów glinowo-krzemowych, zwlaszcza sposób karibotechnicznej produkcji aluminium z surowców zawierajacych tlenek glinu i tlenek krzemu.Znany jest sposób otrzymywania stopów gli¬ nowo-krzemowych przez wytwarzanie handlowo czystego glinu w wannie elektrolitycznej, wyko¬ rzystujac w tym celu zwiazki glinu zawarte w boksycie, oraz dodanie do tak otrzymanego gli¬ nu, stosunkowo czystego, uzyskanego w niezalez¬ nym procesie, krzemu. Z uwagi na szereg etapów procesu przy tej metodzie produkcji, uzyskiwany stop jako produkt koncowy jest stosunkowo ko¬ sztowny.Stopy glinowo-krzemowe, otrzymywane sa rów¬ niez w piecu szybowym, z rud zawierajacych tle¬ nek glinu i tlenek krzemu. Sposobem znanym z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ame¬ ryki nr 3 661561 przy wykorzystaniu wegla, ru¬ dy glinowo-krzemowej i czystego tlenu. W tym procesie wytwarzania goracy tlen wchodzi w rea¬ kcje z weglem rtiworzac gazowy tlenek wegla, wy¬ wolujac, w strefie reakcyjnej pieca temperature powyzej 2050°C.Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjed¬ noczonych Ameryki nr 3 661562 sposób otrzymy¬ wania stopów glinowo-krzemowych w piecu szy¬ bowym o dwóch strefach reakcyjnych. Sposób ten 10 15 20 26 obejmuje wytworzenie goracego gazowego tlenku wegla w pierwszej strefie pieca, a nastepnie tle¬ nek jest przeprowadzany do drugiej strefy, w której znajduja sie koks i ruda glinowo-krzemo- wa. Goracy gazowy tlenek wegla, przeplywajac w góre przez druga strefe, dostarcza niezbednej ilosci ciepla dla uzyskania stopu glinowo-krzemo- wego.W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 758 289, przedstawiony jest równiez dwuetapowy proces otrzymywania stopu glinawo- krzemowego z rud zawierajacych glin. W pierw¬ szym etapie tlenek krzemu zawarty w rudzie redukowany jest do produktu zawierajacego we¬ glik krzemu. Sposób ten wymaga by powstaly w pierwszym etapie produkt byl przeniesiony i ogrzany w piecu z lukiem elektrycznym, gdzie weglik krzemu i tlenek glinu sa przetwarzane na elementarny krzem i glin. W procesach tych jed¬ nak, wytworzone gazy moga przechodzic przez strefe redukcyjna i powodowac na skutek tego straty w koncowym produkcie.Celem wynalazku jest unikniecie strat produktu przez zastosowanie etapu z kontrolowana reakcja otrzymywania stopu glinowo-krzemowego z rudy zawierajacej tlenek glinu i tlenek krzemu.W sposobie wedlug wynalazku stopy glinowo- krzemowe otrzymuje sie wykorzystujac miesza¬ nine zawierajaca surowce bedace zródlem tlenku 108 145108 145 glinu, krzemu oraz wegla i ogrzewa sie do tem¬ peratury 1500—1600°C celem powstania weglika krzemu i tlenku wegla.Mieszanine zawierajaca weglik krzemu nastep¬ nie wprowadza sie do strefy o temperaturze 1600—1900°C, a korzystnie 1700—1900°C, w której powstaje tlenoweglik glinu oraz tlenek wegla.Mieszanine zawierajaca weglik krzemu i tleno¬ weglik glinu ogrzewa sie do temperatury 1950— 2200°C celem otrzymania stopu glinowo-krzemo- wego. Tlenek wegla powstaje w kazdym etapie reakcyjnym ale przechodzi jedynie przez dany lub poprzepdzajacy etap reakcyjny, maksymalizu¬ jac ilosc otrzymanego metalicznego produktu.Przyklad. W sposobie wedlug wynalazku, stop glinowo-krzemowy otrzymuje sie w trójeta- powej reakcja, której poddaje sie surowce zawie¬ rajace tlenki glinu i krzemu oraz wegiel. W pier¬ wszym etapie mieszanine poddaje sie reakcji w temperaturze 1500—1600°C w której otrzymuje sie weglik krzemu i tlenek wegla. W etapie drugim, mieszanine zawierajaca weglik krzemu ogrzewa sie do temperatury 1600—1900°C w celu otrzyma¬ nia tlenoweglika glinu i tlenku wegla, natomiast w etapie trzecim ogrzewa sie weglik krzemu i 10 13 20 tlenoweglik glinu do temperatury 1950—2200°C, uzyskuje sie stop glinowo-krzemowy. v Na skutek prowadzenia procesu, tlenek wegla i inne gazy odlotowe powstajace podczas obróbki w temperaturze 1500—1600°C, moga byc usuniete bez ich przejscia przez produkty powstale w dal¬ szych wysokotemperaturowych etapach reakcji.Podobnie, tlenek wegla i inne gazy odlotowe pow¬ stajace podczas obróbki w temperaturze 1600— 1900°C, moga byc usuniete bez przechodzenia ich przez etap produkcji stopu. Dzieki temu, straty otrzymanego stopu, na skutek przechodzenia ga¬ zów odlotowych przez etap produkcyjny stopu, sa zasadniczo pomijalne.Surowcami zawierajacymi tlenek glinu i tlenek krzemu sa rudy, takie jak anortozyt, nefelin, daw- sonit, boksyt, lateryt i lupek. Inne surowce, które moga byc wykorzystane jako zródlo tlenku gli¬ nu, to popiól i odpady wegla. Przedstawione tu surowce zawierajace tlenek glinu i tlenek krzemu, jak i inne, moga byc wykorzystywane w sposo¬ bie wedlug wynalazku i sa ujete w tablicy 1 lacznie z typowymi dla nich skladami podanymi w procentach wagowych.Tablica 1 Surowce glinowe — sklad chemiczny (w °/o wag.) Surowiec Anortozyt (srednio) Nefelin — za¬ warty w skalach (srednio) Leucyt — za¬ warty w skalach (srednio) Gldinonosne skaly 1 Dawsoinit za¬ warty w skalach AIPO4 zawarty w skalach Boksyt Lateryty Lupki Bi-gli- nowe Odpady wegla — analiza popiolu Lotny popiól wegla i lignitu A1203 16,1- 32,72 (25,72) 12,4— 27,10 (21,30) 7,90— 20,29 (16,05) 17,58— 29,45 9,78— 13,81 5,98— 14,9 33,15— 6,1,51 15,1— 44,1 11,36— 39,50 8,0^38,2 2,2^36,3 Si02 45,78— 60,7 1(54,54) 38,35— 60,03 (5,38) 39,28— 51,93 (47,05) 0,22— 65,30 35,1— 53,3 40,92— 69,46 0,43— 38,60 2,25— 68,0 45,60 — 78,33 15,0—68,7 4,8—68,7 Fe203 0,15— 9,90 K0,83) 1,54— 8,64 (2,42) 3,17— 7,59 (3,49) 0,02— 10,37 3,67— 4,82 1,32— 2,86 0,96— 28,90 3,8— 60,00 0,67— 6,74 . 1,30— 56,3 1,9—36,3 | Ti02 0,02— 3,21 (0,52) 0,40— 2,6 (0,66) 0,20— 4,29 (1,54) 0,05— 3,80 0,31— 0,65 0,67—£,08 0,16—6,40 0,50—0,93 0,5^,7 0,56—1,09 CaO 5,0- 18,72 <9,62) 0,36— 19,94 (1,98) 1,65— 12,36 (10,80) 0,05— 0,26 14,8— 33,9 0,20— 8,98 0,00—6,7 0,47—2,80 0,10—8,90 <0,02— 36,0 2,54^- 49,81 MgO 0,02— 6,43 (0,83) 0,22— 5,99 (0,57) 0,22— 17,58 (6,20) 0,01— 1,0 7,0— 13,43 0,01 0,00—0,34 0,23—1,66 0,84—3,521 0,2—10,8 0,2—25,5 Na20 0,68— 7,1 (4,66) 3,72— 9,72 (8,84) 0,90— 8,49 (2,35) 0,16— 4,72 1,6— 4,4 0,03— 0,23 0,00— 0,16 0,11—1,92 0,1—8,2 0,2—9,0 | K20 0,03— 3,1 (1,06) 0,25— 9,54 (5,34) 4,98— 9,81 (5,38) 0,71— 10,46 1,6— 4,5 0,00 0,00— 0,34 2,21—5,0 1 0,1—4,7 | 0,2—1,42 |108] 5 W surowcach takich jak anortozyt, neMin, leu- cat i dawsonit zawarte sa powazne ilosci CaO, MgO, NaaO i KjO. Najkorzystniejszym zródlem tlenku glinu dla prowadzenia procesu wedlug wy¬ nalazku jest anortozyt, który stanowi mieszanine s anortytu (CaOAl^Oj 2Si02) i albitu (NaADS^Og).Dla uzyskania odpowiednich efektów ekonomi¬ cznych procesu karbotermicznej nedukcji surow¬ ców zawierajacych tlenek glinu i tlenek krzemu, a nastepnie otrzymania duzej ilosci sitopu glino- 10 wo-krzemowego, ilosc tlenków krzemu d glinu w surowcach musi zawierac sie w zakresie stosun¬ ków wagowych równym 0,15—1,1 a korzystnie w zakresie 0,7—1,0, przy czym najkorzystniejszym jest stosunek równy 0,9. Stosunki w zakresie 0,7— *5 —1,0 sa korzystne z wielu przyczyn. Przy stosun¬ ku nizszym od 0,7 wystepuje tendencja do two¬ rzenia weglika glinu z wydajnoscia obnizajaca wy¬ dajnosc calkowita. Równiez przy wyzszych sto¬ sunkach, tj. przy wiekszej zawartosci tlenku krze- 20 mu, wzrasta ilosc uzupelniajaca, dodawana w ce¬ lu uzyskania korzystnego stosunku wagowego w rudzie, szczególnie w przypadku duzej zawartosci tlenku krzemu i niskiej jakosci rud itlenku glinu.Z punktu wadzenia ekonomiki, o wiale korzystniej¬ sze sa wyzsze stosunki waigoiwe tlenku krzemu do tlenku .glinu. Wyzsze wartosci tych stosunków sprzyjaja wyzszym wydajnosciowi produktu.Wspomnianymi surowcami o niskiej zawartosci tlenku glinu sa takie, w których zawartosc tlen¬ ku glinu jest nizsza od 35% wagowych, a ty¬ powymi sa takie, gdzie zawartosc tlenku glinu jest w zakresie 8—35% wagowych. W surowcach o niskiej zawartosci tlenku glinu, zawartosc tlen¬ ku krzemu waha sie na ogól w granicach 25—65% wagowych.Dla surowców ubogich w tlenek glinu, np. anor- tozytu, lub ubogich w tlenek krzemu, np. boksytu, stosunek tlenku krzemu do tlenku glinu moze byc korygowany do osiagniecia stosunku wagowego mieszczacego sie w poprzednio podanym zakre¬ sie. Przy uzyciu jako materialu wyjsciowego anor- tozytu, o stosunku tlenku krzemu do tlenku gli¬ nu równym okolo 2,15, stosunek ten moze byc 45 skorygowany, do osiagniecia podanego wyzej za¬ kresu, przez dodanie rudy bogatej w tlenek glinu, tj/ korzystnie o malej zawartosci tlenku krzemu, np. boksytu. Boksyt uzyty do takiej korekcji ko¬ rzystnie powinien zawierac nie mniej niz 35% ^ wagowych tlenku glinu. Ponadto korzystnie, za¬ wartosc HLenku glinu w boksycie powinna wyno¬ sic 40—55% wagowych, a tlenku krzemu 0,1—15% wagowych.Korzystnie jest równiez aby w surowcach wyj- 55 sciowych, badz w uzytym do korekcji stosunku wagowym tj, boksycie, byla obecna -pewna ilosc tlenku zelaza. Typowa ilosc tlenku zelaza moze wynosic 0,5—30% wagowych. Obecnosc tlenku ze¬ laza powoduje obecnosc zelaza w stopie, co po- ' 60 woduje zmniejszenie lotnosci stopu podczas jego produkcji, a zatem zwieksza wydajnosc produktu.Mozna równiez stosowac czystsze postacie surow¬ ców bogatych w tlenek glinu tj. boksytu, lecz jest to o wiele mniej korzystne, ze wzgledu na dodat- 6B 6 kowy etap oczyszczania i wysokie koszty, oraz zmniejszona na ogól wydajnosc produktu.Innym sposobem korekcji stosunku wagowego do podanego za/kresu jest usuwanie tlenku krzemu badz przez fizyczny proces wzbogacania surowca, badz przez lugowanie. Na przyklad, postac alfa kwarcu, stanowiaca duzy procent zawartosci tlen¬ ku krzemu w anortozyoie, moze byc usunieta do stopnia, w którym wplyw krzemionki 4jest mini¬ malny, przez poddanie rudy obróbce kwasem flu¬ orowodorowym. W celu usuniecia tlenku krze¬ mu, zawartosc kwasu fluorowodorowego winna wynosic 1^10% wagowych. Temperatura rpztwo- ru lugujacego wynosi 60—100°C, a czas lugowa¬ nia od 0,5 do 3 godzin. W stosowanym do lugowa¬ nia anoriozytu kwasie fluorowodorowym, mozna obnizyc stosunek tlenku (krzemu do*tlenku glinu od wartosci 2,2 do wartosci 1,1% wagowych, przy ilosci kwasu równej 10% wagowych, w tempera¬ turze 100°C, w czasie jednej godziny. W ten spo¬ sób ilosc rudy wzbogaconej w tlenku glinu po¬ trzebnej do uzyskania pozadanego stosunku wa¬ gowego znacznie sie obniza.Jesli chodzi o lupki lub lotne /popioly, to zawar¬ ta w nich ilosc tlenku krzemu obniza sie przez lugowanie np. kwasem fluorowodórowym w celu uzyskania wlasciwego stosunku, tlenku krzemu do tlenku glinu. Korzystniejsze, z uwagi na lugowa¬ nie, sa wyzsze stosunki wagowe, od momentu gdy stopien lugowania zmniejsza sie w sposób zna¬ czacy.Innym jeszcze sposobem korygowania stosunku wagowego tlenków krzemu i glinu, do podanego poprzednio zakresu, jest dodawanie tlenku krze¬ mu. Na przyklad, przy boksycie, posiadajacym stosunek wagowy tlenku, krzemu do tlenku gli¬ nu lezacy w zakresie 0,02—0,05, stosowanym ja¬ ko surowiec dostarczajacy te tlenki, w celu uzy¬ skania pozadanego stosunku wagowego dodaje sie material bedacy zródlem (tlenku krzemu.Dla korygowania stosunku wagowego, tlenku krzemu i tlenku glinu moga byc wykorzystywa¬ ne wszystkie te metody lacznie. Ruda na przyklad, moze byc czesciowo wylugowana,. w celu usunie¬ cia tlenku krzemu, a nastepnie moze byc doda¬ ny do niej boksyt, w celu uzyskania pozadanego zakresu wagowego stosunku zawartych w niej tlenków.W celu przygotowania rudy do wykorzystania w sposobie wedlug wynalazku, rude miele sie na - ziarna o wielkosci w granicach sitowych frakcji od —14 do —200 mesch (seria Tylera), a korzyst¬ nie w granicach frakcji —28 do —100 mesh (seria Tylera). Przed doprowadzeniem surowca zawiera¬ jacego tlenki glinu i krzemu do sjtanu, w którym stosunek wagowy tych skladników miesci sie w podanym .poprzednio zakresie, korzystne jest ipd- danie tego surowca wstepnemu wzbogaceniu lub mechanicznemu rozdzielaniu przez, procesy flota¬ cji, wzbogacania w cieczach ciezkich czy rozdzia¬ lu magnetycznego, w celu jego oczyszczenia. Jesli na przyklad ruda jest anortozyt, korzystne jest poddanie go oczyszczajacej obróbce kwasem chlo¬ rowodorowym, w celu oddzielenia tlenku wapnia108145 8 (a) (b) (O 3 SiO^+ 9C -* 3SiC + 6CO 2 A1203 + 3C ^ AI4O4C + 2CO AI4O4C + 3SiC - 4A1 + 3Si + 4CO 15 29 (CaO), tlenku sodu (Na20) i innych. Dla takiej - obróbki, stezenie kwasu chlorowodorowego win¬ no wynosic 5—20% wagowych, a temperatura procesu 60—100°C. Czas trwania takiego procesu wyinosi na ogól 0,5—3 godzin. Po zakonczeniu 5 dzialania kwasem rude przemywa sie wcda. Pro¬ ces takiej oczyszczajacej obróbki moze byc pola¬ czony z etapem lugowania kwasem w celu oddzie¬ lenia tlenku Jerzemu.Dla przeprowadzenia redukcji wykorzystuje sie mieszanine zawierajaca tlenki krzemu i tlenki glinu, w pozadanym stosunku wagowym, oraz su¬ rowiec weglowy. Mieszanina taka winna zawie¬ rac 15—30% wagowych surowca weglowego, liczo¬ ne, z uwzglednieniem zawartosci wegla w surow¬ cu zawierajacym tlenki glinu i krzemu, a korzy¬ stnie 19—28% wagowych. Jesli jako surowiec za¬ wierajacy tlenki glinu i krzemu wykorzystuje sie lupek, zawarta jest w nim jednoczesnie pewna ilosc materialu weglowego, dzieki czemu ilosc do¬ dawanych substancji redukujacych bedzie mniej¬ sza. Przedstawiony material weglowy obejmuje koks, a korzystnie koks metalurgiczny, z uwagi na jego wysoka porowatosc, która- sprzyja reakcji 29 redukcji.Mieszanine mozna poddawac procesowi reduk¬ cji w piecu szybowym badz w piecu elektrycznym.Wykorzystanie pieca szybowego jest bardziej ce¬ lowe ze wzgledów ekonomicznych. Dla przepro- 30 wadzenia redukcji i ogrzewania w piecu szybo¬ wym tameczne jest dostarczanie dodatkowego ma¬ terialu weglowego. Oznacza to, ze poza materia¬ lem weglowym dla procesu redukcji, musi byc dostarczone 40—60% wagowych materialu weglo- 35 ^wego, w celu ogrzania pieca szybowego.Jesli surowcem zawierajacym tlenki glinu i krze¬ mu jest lupek oleisty, korzystne jest usiuniecie ta¬ kich skladników jak lotne weglowodory. To zna¬ czy, przed korekcja stosunku wagowego tlenek *° krzemu — tlenek glinu, korzystne jest poddanie lupków obróbce w celu usuniecia tych substancji.Obróbka taka obejmuje fizyczne lub chemiczne wzbogacanie oraz karbonizacje w celu usuniecia czesci lotnych i skoksowania materialu weglowe- 45 go zawartego w lupkach. Obecnosc zawartego w lupkach koksu zmniejsza, jak poprzednfo stwier¬ dzono, ilosc dodawanych substancji redukujacych.W sposobie wedlug wynalazku, procesem steruje sie, w celu otrzymania stopów glinowo-krzemo- wych, zasadniczo zgodnie z nastepujacym sche¬ matem (reakcyjnym: £0 Procesy (a), (b) i (c) przebiegaja odpowiednio w temperaturach 1500—1600°C, 1600—1900°C i 1950— —2200°C. W zwiazku z tym, proces prowadzony sposobem wedlug wynalazku musi byc sterowa¬ ny z zachowaniem tych przedzialów temperatur w celu umozliwienia przereagowa"hia surowców uzytych do produkcji stopu glinowo-krzemowego «* zgodnie z podanym wyzej schematem. I tak, jesli na przyklad stop glinowo-krzemowy jest produ¬ kowany w piecu metoda ciagla, tlenek glinu, tle¬ nek krzemu i wegiel wprowadzane sa od góry pieca, stad musza byc ogrzane do temperatury 1500—1600°C, dla zajscia reakcji (a). Ogrzewanie do tej temperatury zachodzi w strefie rozmiesz¬ czonej przy wierzcholku pieca. Ta strefa grzejna pozwala na odprowadzenie tlenku wegla bez ko¬ niecznosci jego przejscia przez kolejne strefy czy strefy o wyzszych temperaturach. Co wiecej, przy zajsciu reakcji (b), powstajacy w niej tlenek we¬ gla jest równiez usuwany i nie przechodzi przez strefe powstawania stopu.Zminimalizowanie efektu oplywania czy prze¬ chodzenia gazowego tlenku wegla przez strefy pieca, jest waznym aspektem przedstawionego sposobu prowadzenia procesu wedlug wynalazku.Wynika to z faktu, ze przy przechodzeniu duzych objetosci gazu przez strefy, a zwlaszcza przez stre¬ fe produkcji metalu, otrzymuje sie jedynie nie¬ wielkie ilosci stopu glinowo-krzemowego.- W ten sposób moze byc zrozumiale, ze niezachowanie. odpowiedniej temperatury w strefach pieca moze wynikac z ubytku wartosciowego produktu, wsku¬ tek tego, ze przechodzacy przez strefe produkcji metalu gaz porywa zasadnicza ilosc produkowane¬ go stopu. Co dotyczy reakcji zachodzacych w spo¬ sobie wedlug wynalazku, nalezy zauwazyc, ze ilosc tlenku wegla powstajacego w strefie niskiej tem¬ peratury stanowi 1/2 ilosci tlenku otrzymanego w piecu. Jedynie 1/6 czesc tlenku wegla powstaje w obszarze przejsciowym pieca, miedzy strefami temperaturowymi. Dzieki temu 2/3 calkowitej ilo¬ sci produkowanego w piecu tlenku wegla nie oply¬ wa, ani nie przechodzi przez obszar produkcji sto¬ pu glinowo-ikrzemowego, przez 00 uzyskuje sie wy¬ soka wydajnosc produktu.Pomiary procentowej objetosci gazowego tlen¬ ku wegla wydzielajacego sie z ladunku surowca zawierajacego tlenek (glinu i tlenek krzemu oraz tlenek wegla, ogrzewane 'w piecu elektrycznym od temperatury pokojowej do okolo 2100°C wykazu¬ ja, ze maksimum powstajacego tlenku wegla przy¬ pada na temperature ok. 1580°C, co swiadczy, ze proces powstawania weglika krzemu i tlenku we¬ gla przebiega zgodnie z reakcja (a). Stwierdzono równiez, ze kolejne maksimum wydzielania sie tlenku wegla przypada w temperaturze 1780°C zgodnie z reakcja (b), a trzecie maksimum, w temperaturze 2080°C, wskazujac na zachodzenie reakcji tworzenia sie stopu glinowo-krzemowego.Sterujac przebiegiem reakcji w obrebie tych temperaturowych stref nie itylko prowadzi sie do zminimalizowania efektu przeplywu gazowego tlen¬ ku wegla, powstajacego podczas redukcji tlenków krzemu • i glinu, ale równiez do zmniejszenia do minimum efektu wywolanego wydzielaniem sie tlenku wegla z innych zródel. Tak na przyklad, tlenkowe zanieczyszczenia zawarte w rudach, takie jak Fe2Os, K20, Na20, Ti02, MgO i CaO mozna poddawac redukcji z wydzielaniem sie tlenku we¬ gla. Ogólnie mozna zatem stwierdzic, ze usuniecie tlenku wegla bez koniecznosci jego przejscia przez108 145 9 10 strefe produkcji metalicznego stopu jest bardzo korzystne.Nalezy stwierdzic, minio ze podane jest stero¬ wanie gazami odlotowymi uchodzacymi z pieca, aby nie zaklócaly one procesu i nie zmniejszaly wydajnosci sitiopu glinowo-krzemowego z trzeciego etapu, pewna ilosc gazów jest nieodlaczna z pro¬ cesem i moze nawet byc korzystna tak dlugo, do¬ póki podlega regulacji. I tak na przyklad, wy¬ dzielajacy sie tlenek wegla w czasie reakcji re¬ dukcji i ogrzewania lacznie z SiO, A120, Si oraz Al w postaci gazowej, moze sluzyc do wstepnego ogrzania wchodzacych surowców. W trakcie wstepnego ogrzewania surowców, SiO, A120 oraz Al sa odzyskiwane na skutek ich kondensacji na tycll surowcach i dzieki temu zawracane do pie¬ ca. W ten sposób, zmniejszajac do minimum wplyw efektu przeplywu gazowego tlenku wegla przez strefe produkcji stopu, w polaczeniu ze ste¬ rowaniem temperatura sitref reakcyjnych oraz z kondensacja na zasilajacych surowcach gazów od¬ lotowych, uzyskuje sie maksymalne powiekszenie wydajnosci procesu produkcji stopu glinowo-krze- mowego otrzymywanego z surowców zawierajacych tlenek glinu i tlenek krzemu.Ilosc dostarczanego ciepla lub przedstawiane temperatury stref reakcyjnych reguluje sie ilos¬ cia tlenu dostarczanego do /kazdej strefy w trak¬ cie dzialania pieca. Tak wiec, temperature kazdej strefy reguluje sie sterujac iloscia tlenu koniecz¬ na w kazdej strefie do ispalenia dostarczonego, w celu ogrzewania, wegla. Ilosc tlenu konieczna w strefie niskich temperatur ,<1500—1600°C) jest li¬ mitowana iloscia wegla spalanego w tej strefie.Dalsza, goretsza strefa (1600—1900°C) reguluje sie równiez za pomoca ilosci tlenu koniecznego do spalania w niej wegla. Strefe najgoretsza (1950— —2200°C) reguluje sie zasadniczo ta sama metoda.Wazne jest uzyskanie ciepla niezbednego do zajscia reakcji w sposobie wedlug wynalazku, w którym stosuje sie stosunkowo tanie materialy. To znaczy, przeprowadzenie reakcji w warunkach pracy pieca szybowego, w celu otrzymania zgod¬ nie z przedstawionymi wyzej zasadami, stopu gli¬ nowo-krzemowego. A .ponadto, przeprowadzenie reakcji, zgodnie z podanymi przedtem zasadami zastosowania powietrza jako zródla tlenu w co najmniej dwóch pierwszych strefach. W razie po¬ trzeby, w strefach tych mozna stosowac powie¬ trze wzbogacone w tlen.Strefa trzecia, najgoretsza, dzieki regulacji po¬ przednich stref reakcyjnych, moze byc ogrzewa¬ na przy pomocy spalania wegla w atmosferze czystego tlenu, bez znaczacych ubytków metalicz¬ nego produktu. Zastosowanie tlenu powoduje zmniejszenie do minimum ilosci gazów odloto¬ wych powstajacych w tej strefie, co z kolei sprzy¬ ja zminimalizowaniu strat produkowanego stopu.Nalezy zaznaczyc, ze strefa ta moze byc równiez ogrzewana elektrycznie, przy wykorzystaniu zasa¬ dy dzialania pieca z lulkiem elektrycznym lub pieca z ogrzewaniem oporowym, w celu dalszego zmniejszenia badz wyeliminowania wydzielania sie gazów odlotowych z tej strefy. Tym niemniej, z uwagi na mala efektywnosc ekonomiczna ogrze¬ wania elektrycznego, ogrzewanie takie prowadzi sie w mniej korzystnych warunkach.Inny, wazny aspekt sposobu wedlug wynalazku 5 dotyczy dodawania wegla do pieca szybowego.W korzystnym zastosowaniu, wegiel, co najmniej dla celów ogrzewczych, doprowadza sie do odpo¬ wiednich stref, dogodnie w sposób ciagly, razem ze zródlem tlenu. Dostarczanie wegla ta metoda W sprzyja prowadzeniu dalszych pomiarów tempera¬ tury w odpowiednich strefach. Znajac szybkosc dostarczania do pieca surowca zawierajacego tlen¬ ki glinu i krzemu, dla uzyskania odpowiedniej temperatury w danej strefie dositarcza sie do stre- 15 fy wlasciwa ilosc wegla i tlenu. Sposób ten ma równiez te zalete, ze wegiel do ogrzewania nie jest przeprowadzany przez poprzedzajace etapy procesowe.Wegiel dodawany z tlenem jest korzystnie w *° postaci koksu zmielonego na proszek, w postaci umozliwiajacej ciagle doprowadzanie z powietrzem lubtlenem. ' Korzyscia prowadzenia procesu w sposób wy¬ mieniony jest fakt, ze umozliwia on uzycie ladun- 25 ku surowców, w którym stosunki wagowe tlenku krzemu do tlenku glinu zawieraja sie w o wiele szerszych granicach niz przy stosowaniu konwen¬ cjonalnych metod prowadzenia procesu. Sposób prowadzenia procesu zgodnie z przedstawionym wynalazkiem pozwala na uzycie surowców o sto¬ sunku wagowym tlenków 'krzemu i glinu w za¬ kresie 0,2—0,5, bez wywolania niekorzystnych efek¬ tów. Takie -nizsze stosunki wagowe sa szczególnie korzystne ze wzgledu na mozliwosc uzycia gor¬ szych lub najgorszych gatunków boksytów, tj. bok¬ sytów o duzej zawartosci tlenku krzemu, zazwy¬ czaj 5*Vo i wiecej. Przy nizszych stosunkach wa¬ gowych ilosc tlenku krzemu dodawana, w sposo¬ bie wedlug wynalazku, do tego rodzaju boksytów jest mniejsza.W przykladzie wynalazku opisano proces w oparciu o konkretne, korzystne zastosowanie, stad zakres ochrony nie ogranicza innych zastosowan. 45 PL

Claims (19)

1. Zastrzezenia patentowe ¦¦¦• v :• .' »»»¦¦ '¦ ¦ • ¦.. 1. Sposób otrzymywania stopów glinowo-krze- 50 mowych, zwlaszcza sposób karbotechnicznej pro¬ dukcji aluminium z surowców zawierajacych tle¬ nek glinu i tlenek krzemu, polegajacy na reduk¬ cji tych surowców w obecnosci wegla dostarcza¬ jacego zródla ciepla, znamienny tym, ze stosuje 55 sie w pierwszym etapie mieszanine surowców za¬ wierajacych tlenek glinu, tlenek krzemu i wegiel, która ogrzewa sie do temperatury 1500—1600°C dla utworzenia weglika krzemu i tlenku wegla, a nastepnie w drugim etapie ogrzewa sie miesza¬ no nine zawierajaca weglik krzemu do temperatury 1600—1900°C dla utworzenia tlenoweglika glinu i tlenku wegla, po czym w rtrzecim etapie ogrze¬ wa sie weglik krzemu i tlenoweglik glinu do tem¬ peratury 1950—2200°C dla utworzenia stopu gli- 65 nowo^krzemowego, przy czym usuwa sie powstaly 35 40im i45 n lz W pierwszym etapie tlenek wegla nie wprowadza¬ jac go do Biurowców w nastepnych etapach oraz usuwa sie powstaly w etapie drugim tlenek we¬ gla nie wprowadzajac go do etapu trzeciego.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie mieszanine zawierajaca 15—30% wa¬ gowych wegla dla przeprowadzenia redukcji.
3. 3. sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze surowce zawierajace tlenek glinu i tlenek krze¬ mu miele sie na ziarna o wielkosci w granicach sitowych frakcji od —14 do —200 mes-h (seria Tylera).
4. 4. Sposób Wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze w pierwszym etapie zawartosc tlenku glinu i tlen¬ ku krzemu, w procentach wagowych, jest równa 0,15—1,1, a korzystnie 0,7—1,0.
5. 5. Sposób wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze surowce stanowiace rudy ubogie w tlenek glinu i bogate w tlenek: 'krzemu wzbogacaja sie przez dodanie do tych surowców rudy o duzej zawar¬ tosci tlenku glinu i malej zawartosci tlenku krze¬ mu.
6. 6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze rude o duzej zawartosci tlenku glinu stanowi bok¬ syt posiadajacy zawartosc tlenku glinu nie mniej¬ sza niz 35% wagowych, a zawartosc tlenku krze¬ mu nie wieksza od 15% wagowych.
7. 7. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze surowiec zawierajacy tlenek glinu i tlenek krze¬ mu zawiera 25—65% wagowych tlenku krzemu, a osiaga sie to przez wstepne usuniecie z niego tlenku krzemu.
8. 8. Sposób wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze usuwa sie tlenek krzemu na drodze lugowania roztworem zawierajacym kwas fluorowodorowy.
9. 9. Sposób wedlug zastrz. 8, znamienny tym, ze siurowiec zawierajacy tlenek glinu i tlenek krze¬ mu sitanowi anortozyt.
10. 10. Siposób wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze stosuje sie surowiec zawierajacy tlenek glinu i tlenek krzemu o duzej zawartosci tlenku glinu, przy czym zawartosc tlenku krzemu wynosi 0,1— —15% wagowych, co osiaga sie przez dodanie do tego surowca materialu bedacego zródlem tlenku krzemu.
11. 11. Sposób wedlug zastrz. 10, znamienny tym, ze surowcach zawieraja- krzemiu wynosi 0,5— 10 15 20 25 35 40 45 zawartosc tlenku zelaza w cych tlenek glimu i tlenek —30% wagowych.
12. 12. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stop iglinowo-krzemowy otrzymuje sie w piecu, do którego wprowadza sie mieszanine zawierajaca zródla tlenku glinu, tlenku krzemu i wegla do pierwszej strefy pieca o temperaturze 1500—1600°C, przy czym zawartosc wegla w mieszaninie dla re¬ dukcji wynosi 15—30% wagowych, a nastepnie wprowadza sie mieszanine zawierajaca weglik krzemu do drugiej strefy pieca o temperaturze 1600—1900°C po czym wprowadza sie weglik krze¬ mu i tlenoweglik glinu do trzeciej strefy pieca o temperaturze 1950—2200°C, przy czym piec ogrze¬ wa sie przez spalanie wegla w atmosferze tleno¬ wej.
13. 13. S,posób wedlug zastrz; 12, znamienny tym, ze <£la uzyskania zadanych temperatur dodaje sie do pieca wegiel w ilosci 40—60% wagowych wpro¬ wadzanej mieszaniny.
14. 14. Sposób wedlug zastrz. 13, znamienny tym, ze wegiel i material stanowiacy zródlo 02, stoso¬ wane do ogrzewania dodaje sie w pierwszej stre¬ fie pieca, w ilosci wystarczajacej do uzyskania w tej strefie .temperatury 1500^1600°C.
15. 15. Sposób wedlug zastrz. 14, znamienny tym, ze wegiel i material stanowiacy zródlo 02, stoso¬ wane do ogrzewania, dodaje sie w drugiej strefie pieca, w ilosci wystarczajacej do uzyskania w tej strefie temperatury 1600—1900°C.
16. 16. Sposób wedlug zastrz. 15, znamienny tym, ze material stanowiacy zródlo tlenu stanowi po¬ wietrze.
17. 17. Sposób wedlug zastrz. 14, znamienny tym, ze wegiel i material istanowiacy zródlo 02, stoso¬ wane do ogrzewania, dodaje sie w trzeciej stre¬ fie pieca, w ilosci wystarczajacej do uzyskania w tej strefie temperatury 1950—2200°C.
18. 18. Siposób wedlug zastrz. .17, znamienny tym, ze materialem stanowiacym zródlo tlenu jest czy¬ sty o2.
19. 19. Sposób wedlug zastrz. 12, znamienny tym, ze do ogrzewania pierwszej i drugiej strefy pieca stosuje sie wegiel i tlen, a trzecia strefe ogrzewa sie elektrycznie. bN-3, z. 333/80 Cena 45 zl PL